混凝土重力壩在地震荷載下的穩(wěn)定分析

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1、第06期(總第349期)吉林水利2011年06月混凝土重力壩在地震荷載下的穩(wěn)定分析宋剛．竇世濤：(1．新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，新疆；2．新疆兵團(tuán)水利水電工程集團(tuán)有限公司，新疆)【摘要】采用混凝土損傷塑性本構(gòu)模型，利用有限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行混凝土壩的蛄構(gòu)計算。分析萊混凝土壩在地震荷我下的響應(yīng)，分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和任意荷裁作用下結(jié)構(gòu)的破壞情況。計算蛄構(gòu)表明：采用混凝土損傷塑性本構(gòu)模型，利用有限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行混凝土壩的結(jié)構(gòu)計算．可以更加直觀反映混凝土壩的應(yīng)力、應(yīng)變和整個壩坡破壞發(fā)展

2、過程。計算實例中的混凝土大壩整體穩(wěn)定性符合設(shè)計要求?！娟P(guān)蕾詞]混凝土重力壩；地震；損傷模型；穩(wěn)定分析【中圈分類號]TV642．3【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B上，最大壩高103m，壩前設(shè)計水位為91．75m，1前言壩頂寬為14．8m，最大底寬為70m。壩后在高度66．5m處開始邊坡，坡比為1：1．75。壩前采用瀝青混凝土重力壩是一種將土石壩碾壓設(shè)備和技砂漿防滲層進(jìn)行防滲。并在壩體內(nèi)設(shè)置灌漿排水術(shù)應(yīng)用于混凝土壩施工的一種新型壩型。簡稱廊道，壩體的典型斷面圖見圖1。在壩頂靠近壩RCCD【1】?；炷林亓蔚姆罎B體一般有：瀝

3、青前處設(shè)置一道混凝土防滲墻．與瀝青砂漿防滲層砂漿防滲層、高性能混凝土防滲體、新型土工膜相連，形成壩體的一道連續(xù)的防滲體系，該防滲材料等。混凝土重力壩不宜設(shè)置縱縫。橫縫一般體系是壩體唯一的防滲體系。承擔(dān)著壩體任意工為非暴露平面連續(xù)縫。由于混凝土壩這種特殊的況下的防滲任務(wù)。因此．防滲體系是否裂縫關(guān)系結(jié)構(gòu)。在非常工況下的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求也非常嚴(yán)到壩體的安全運行。格。在地震工況下，混凝土重力壩易產(chǎn)生裂縫，3有限元分析而且混凝土壩對地震荷載的響應(yīng)是非常復(fù)雜的。為了探求混凝土重力壩在地震荷載作用下的響3．1本構(gòu)模型應(yīng)，分

4、析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和在不利工況下的破壞情本文采用ABAQUS對混凝土重力壩在地震荷況，本文采用混凝土損傷塑性本構(gòu)模型，利用有載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行分析。計算時采用混凝限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行混凝土壩的結(jié)構(gòu)計土損傷塑性材料模型，分析壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和算，分析某混凝土壩在地震荷載下的響應(yīng)，分析在任意荷載作用下的結(jié)構(gòu)破壞情況。為了便于計結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和任意荷載作用下結(jié)構(gòu)的破壞情算和分析．假定混凝土重力壩的力學(xué)模型為二維況。的平面應(yīng)力模型圜?；炷翐p傷塑性本構(gòu)模型在ABAQUS分析手2工程概況冊的l1．5．3章節(jié)和

5、ABAQUS理論手冊的4．5．2章節(jié)有詳細(xì)的描述。我們在計算中關(guān)注的是混凝土某混凝土重力壩，建在堅硬的微分化基巖的拉伸行為?；炷链髩蔚牟牧蠈傩砸姳??！臼崭迦掌凇?011--09-06【作者簡介】趙晶淬(1982-)，男，畢ziP．-I-華北水刺水電學(xué)院。大學(xué)。gs'r。從事水利工程質(zhì)量檢潮。一2O一吉林水利混凝土重力壩在地震荷載下的穩(wěn)定分析宋剛等2011年06月發(fā)生在后壩坡的壩高2／3處。(a)圈2未變形和變形的有限元甩格田MaN!圈l壩體的典型斷面表l混凝土大壩的材料■性彈性模量(枷，8】泊松比0．

6、16密度260o膨脹角(o)36初始壓縮屈服預(yù)應(yīng)力(hⅡ'a)l25抗壓強(qiáng)度(siva)24-4拉伸破壞應(yīng)力(MPa)2．73．2有限元網(wǎng)格模型圖2中的(a)圖為該混凝土重力壩的結(jié)構(gòu)有限元模型，它包含了760個減縮積分(CPS4R)平圖3壩體在地震響應(yīng)下的拉伸位移等值線圈面應(yīng)力單元翻。其中瀝青砂漿防滲層的有限元網(wǎng)格也包含在其中。壩體網(wǎng)格的劃分采用整體劃分通過分析圖2的(b)圖(需要說明的是，為技術(shù)，進(jìn)行整體的網(wǎng)格劃分，然后進(jìn)行特殊邊網(wǎng)了清楚地呈現(xiàn)變形圖．這里壩體的位移變形進(jìn)行格種子數(shù)的調(diào)整，進(jìn)行網(wǎng)格奇異性

7、檢驗，直至劃了放大，變形放大系數(shù)為100)和圖3，該壩體出分的網(wǎng)格通過檢驗，再進(jìn)行下一步的計算工作。現(xiàn)了兩個破壞位置：第一處是壩體頸部遠(yuǎn)離水庫3．3有限元計算結(jié)果方向應(yīng)力集中的位置，也即壩體的左壩肩處；第采用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行混凝土壩的結(jié)二處為壩體壩基靠近水庫的位置。由于地震荷載構(gòu)計算時。首先計算壩體在自重和靜水壓力作用總是在一定的幅值范圍內(nèi)往復(fù)變化。即從最初的下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定．得出結(jié)構(gòu)在這種工況下的變形地震波過渡到其峰值地震波。大壩的兩處破壞位值。將計算結(jié)構(gòu)進(jìn)行保存。然后再在結(jié)構(gòu)上施加置的裂縫。也隨

8、著地震荷載的往復(fù)變化而發(fā)生擴(kuò)地震荷載。計算壩體的地震荷載作用下的變形。張、閉合、再擴(kuò)張等變化，同時，由此傳遞給壩地震荷載采用水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范(SI203—體的荷載總是在大壩的拉伸破壞范圍之內(nèi)。因97)中的規(guī)定進(jìn)行施加。由地震所產(chǎn)生的豎向力此，混凝土大壩不會產(chǎn)生由于拉伸集中應(yīng)力而產(chǎn)和水平力都可以按地震慣性力進(jìn)行等效．從而確生破壞。當(dāng)?shù)卣鸷奢d消失后，除了裂縫尖端附定其等效的動態(tài)荷載卿。近。所有的裂縫均在壓縮應(yīng)力作用下處于閉合